Triyono M BAB I PENDAHULUAN. elektromagnetis. Dengan demikian metode spektroskopi dapat digunakan untuk

16

Analisa reflektansi oleh kaca film mobil solar quard 60% dan spectrum 20% sebagai fungsi sudut datang menggunakan seperangkat alat monokromator 270m

Triyono M0201047 BAB I PENDAHULUAN

I.1.

Latar Belakang Metode spektroskopi dapat dikatakan sebagai suatu pemetaan (“

charting”) secara eksperimental dari suatu struktur aras tenaga sistem fisis. Teknik-teknik pemetaan dilakukan dengan mengukur intensitas, tenaga, panjang gelombang atau frekuensi dari interaksi bahan dengan sumber radiasi elektromagnetis. Dengan demikian metode spektroskopi dapat digunakan untuk analisa kuantitatif dan kualitatif dari suatu materi. Berdasarkan interaksi cahaya dengan

materi,

spektroskopi

dibedakan

menjadi

spektroskopi

serapan,

spektroskopi difraksi, spektroskopi emisi, spektroskopi pendaran (fluoresensi) dan spektroskopi hamburan (scattered). Kemajuan dalam bidang spektroskopi ditunjang oleh penerapannya yang sangat luas yang mencakup dalam berbagai disiplin ilmu pengetahuan seperti: biologi, farmasi, pertanian, kriminologi, geologi, perminyakan dan bahkan dapat digunakan untuk keperluan industri. Seperangkat

alat

spektroskopi

terdiri

dari

spektrofotometer

dan

monokromator. Spektrofotometer berfungsi untuk mengukur besarnya transmisi,

17

absorbsi suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Monokromator adalah suatu instrumen optis yang berfungsi secara spesifik untuk memilih dan memilah panjang gelombang dari suatu berkas cahaya yang diterimanya dengan cara mengarahkan panjang gelombang tertentu melalui celah keluarannya. Dari hasil spektroskopi ini diperoleh tingkat kemurnian spektral yang relatif tinggi (Day, 1980). Ada beberapa tipe monokromator yang digunakan dalam penelitian, seperti model 180D, 500M, 750M, 1000M, H25 dari ISA Jobin Yvon, tergantung pada konfigurasi komponennya dan juga penggunaannya. Monokromator yang ada di Sub Laboratorium Fisika Laboratorium Pusat Universitas Sebelas Maret Surakarta

yaitu

tipe

270M

Rapid

Scanning

Imaging

Spectrograph/Monochromator dari ISA Jobin-Yvon Spex. Semua bagian dapat dijalankan secara otomatis dan dapat dikontrol dengan menggunakan handscan. Menurut spesifikasinya alat monokromator tersebut dapat diaplikasikan untuk berbagai penelitian, sesuai dengan kelengkapan peralatan yang berkaitan, misalnya sebagai detektor. Contoh penggunaan monokromator yaitu untuk iluminator monokromatik (pengukuran panjang gelombang sampel yang teriluminasi), scanning spektrum suatu sumber radiasi dan juga memonitor perubahan spektrum dari suatu proses (logging) dengan bantuan detektor. Dalam penelitian ini monokromator digunakan untuk memperoleh spektrum refleksi suatu sumber radiasi yang mengenai suatu bahan sehingga dapat ditentukan besar reflektansinya.

18

Kalibrasi terhadap seperangkat alat spektroskopi mutlak diperlukan. Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) merupakan suatu alat untuk menghasilkan berkas cahaya monokromatis dengan panjang gelombang tertentu pada spektrum elektromagnetik (Pedrotti, 1983). Cahaya laser sangat bermanfaat karena sifatnya yang sangat monokromatis, koheren, intensitasnya tinggi serta arahnya dapat difokuskan secara tajam (berkaitan dengan kesejajaran sinar laser). Spektrum emisi dari sinar laser ini dapat diukur menggunakan spektrofotometer. Dengan menggunakan photon counter,

monokromator dan

sistem spektrografi menghasilkan tampilan berupa intensitas sebagai fungsi panjang gelombang dari sumber radiasi. Kalibrasi dilakukan untuk mengetahui apakah monokromator 270M dalam kondisi yang baik atau mengalami kerusakan. Dengan menambah beberapa konfigurasi dari monokromator 270M serta menggunakan keunggulan laser yang koheren dan bersifat monokromatis akan dirancang spektroskopi yang dapat dimanfaatkan untuk menentukan besarnya nilai reflektansi dari suatu sampel kaca film mobil. Dari uraian diatas maka dalam skripsi ini akan dikaji tentang pengaruh variasi sudut datang dari sumber cahaya laser yang dikenakan pada sampel terhadap besar reflektansinya. Dengan menggunakan seperangkat alat monokromator

tipe 270M Rapid Scanning

Imaging Spectrograph/Monochromator besarnya intensitas refleksi laser yang mengenai sampel untuk setiap nilai panjang gelombang dapat diketahui.

I.2.

Identifikasi Masalah

19

Berdasarkan latar belakang yang dikemukakan di atas, maka muncul permasalahan-permasalahan sebagai berikut: 1. Bagaimana hasil kalibrasi dari monokromator 270M ? 2. Bagaimana rancangan pengaturan monokromator 270M agar dapat digunakan untuk mengukur reflektansi R ? 3. Bagaimana hasil pengukuran reflektansi R dari bahan kaca film mobil ? I.3.

Batasan Masalah Dalam penelitian, permasalahan dibatasi hal-hal sebagai berikut: 1. Kalibrator yang digunakan untuk mengkalibrasi monokromator 270M yaitu lampu spektral Cd ( λ = 643,8 nm) dan laser He-Ne ( λ = 632,8 nm). 2. Sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah kaca film mobil dengan tipe Spectrum 20% dan tipe Solar Quard 60%. 3. Sumber cahaya yang digunakan untuk penelitian adalah laser He-Ne ( λ = 632,8 nm).

I.4.

Perumusan Masalah Permasalahan yang akan dikaji dalam skripsi ini adalah bagaimana

menggunakan seperangkat alat monokromator 270M secara optimum untuk mendapatkan reflektansi kaca film mobil untuk setiap variasi sudut datang dengan menggunakan spektrum emisi laser He-Ne.

I.5.

Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah :

20

1. Untuk memperoleh kondisi optimum dari seperangkat alat monokromator tipe 270M Rapid Scanning Imaging Spectrograph/Monochromator dari ISA Jobin-Yvon Spex. 2. Untuk menentukan reflektansi kaca film mobil,

meliputi pengaturan

sampel kaca film mobil, pengaturan photon counter serta penggunaan handscan. I.6.

Manfaat Penelitian Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai

berikut : 1. Untuk menentukan besarnya reflektansi R dari suatu kaca film mobil. 2. Untuk memberikan rekomendasi yang tepat tentang setting peralatan monokromator 270M dari ISA Jobin-Yvon Spex meliputi pengaturan photon counter serta penggunaan handscan.

I.7.

Sistematika Penulisan Pada skripsi ini dibuat sistematika penulisannya disusun sebagai berikut :

BAB I

:

PENDAHULUAN

BAB II

:

TINJAUAN PUSTAKA

BAB III

:

METODOLOGI PENELITIAN

BAB IV

:

PEMBAHASAN

BAB V

:

KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab I dijelaskan tentang latar belakang, identifikasi masalah, batasan masalah, perumusan masalah, tujuan dan manfaat penelitian serta sistematika penulisan skripsi. Bab II berisi tentang tinjauan pustaka yang berkaitan dengan

21

judul penelitian. Materi yang dibahas antara lain tentang spektrofotometer terutama penjelasan mengenai sistem monokromator, mulai dari bagianbagiannya, tipe kisi, kemampuan kerja monokormator serta prinsip dasar monokromator 270M . Selain itu juga dibahas mengenai bentuk persamaan transfer matrik yang digunakan untuk menentukan reflektansi suatu lapisan. Bab III berisi tentang metodologi yang meliputi tempat dan waktu penelitian, alat dan bahan yang digunakan serta cara kerja dalam penelitian. Hasil penelitian dan pembahasannya dijelaskan dalam bab IV. Bab yang terakhir yaitu bab V berisi kesimpulan dari hasil analisa dan saran untuk pengembangan lebih lanjut dari penelitian dari skripsi ini. Halaman akhir berisi beberapa lampiran data hasil penelitian yang telah dilakukan.

22

BAB II LANDASAN TEORI

II.1.

Tinjauan Pustaka

II.1.1. Spektrofotometer Spektrofotometer adalah alat yang terdiri dari spektroskopi dan fotometer. Spektroskopi menghasilkan sinar dengan λ tertentu dan fotometer adalah alat pengukur intensitas cahaya yang ditransmisikan atau diabsorbsi. Spektrofotometer digunakan untuk mengukur energi radiasi secara relatif jika energi

tersebut

ditransmisikan, direfleksikan atau diemisikan sebagai fungsi gelombang (Khopkar, 1990) Komponen-komponen penting dalam spektrofotometer (Day, 1980): a. Sumber radiasi yang kontinu, meliputi daerah spektrum di mana instrumen yang bersangkutan dirancang agar dapat beroperasi dengan optimum. b. Monokromator digunakan untuk memperoleh sumber sinar monokromatis. c. Detektor, alat ini mampu memberikan respon terhadap cahaya pada berbagai panjang gelombang. Dalam spektrofotometer diperlukan detektor dengan ketelitian tinggi pada daerah spektral yang diamati, respon linear terhadap daya radiasi, waktu respon cepat dan kestabilan tinggi. Detektor yang digunakan adalah PMT (Photo Multiplier Tube) yang lebih peka dari tabung cahaya biasa (Photo Tube) karena penguatan yang sangat besar dalam tabung. PMT mempunyai serangkaian elektrode, masing-masing pada suatu potensial yang secara progesif lebih positif dari katoda yang disebut dinoda. Keluaran

7

8

dari PMT lebih lanjut diperkuat dengan sebuah penguat elektronik luar. Kepekaan yang besar dari detektor ini memungkinkan penggunaan lebar celah yang lebih sempit dalam monokromator dan diperoleh spektrum yang lebih halus. d. Penguat dan rangkain listrik yang membuat pulsa listrik cocok untuk diamati. e.

Sistem pembacaan yang dapat menunjukkan besarnya pulsa listrik (recorder)

II.1.2 Monokromator a. Bagian-bagian Monokromator Monokromator berfungsi untuk memilah radiasi polikromatis input yang dipancarkan oleh sumber radiasi menjadi radiasi monokromatis sebagai hasil outputnya. Untuk beberapa metode spektroskopi, diperlukan proses scanning spektrum yaitu memilih panjang gelombang secara kontinu di sekitar range sebenarnya. Monokromator didesain untuk spektral scanning. Monokromator untuk radiasi ultraviolet, cahaya tampak dan inframerah mempunyai konstruksi dan desain mekanik yang hampir sama, yang berbeda hanya jumlah kisi (grating) yang digunakan. Monokromator ini umumnya terdiri dari: 1) Celah masuk (entrace slit) berfungsi untuk masuknya cahaya yang berasal dari sumber radiasi. 2) Prisma dan kisi (grating) berfungsi mendispersikan/menguraikan radiasi polikromatis menjadi monokromatis. 3) Celah keluar (exit slit) berfungsi untuk keluarnya cahaya dari monokromator dan memisahkan pita spektral yang diinginkan.

9

4) Cermin pengkolimasi untuk menghasilkan berkas radiasi paralel. 5) Cermin pemfokus yang membentuk kembali bayangan dari celah masuk dan memfokuskan pada permukaan planar yang dinamakan bidang fokus. Ada dua elemen pendispersi dalam monokromator yaitu kisi dan prisma, seperti ditunjukkan dalam gambar di bawah ini :

Slit

Cahaya tampak

380 nm

770 nm

(a) 3

4

1

5 2 (b)

Gambar 2.1 Dua tipe monokromator berdasarkan elemen pendispersi (a) prisma bunsen (b) kisi Czerney-Turner Keterangan gambar 2.1b : 1. Celah masuk (entrance slit) 2. Kisi

10

3. Cermin cekung 4. Bidang fokus 5. Celah keluar (exit slit) Sebagai penjelasan dari gambar 2.1, radiasi ini masuk monokromator melalui celah masuk, dikolimasi dan kemudian mengenai permukaan elemen pendispersi. Untuk monokromator yang menggunakan kisi, dispersi dihasilkan dari difraksi yang terjadi pada permukaan yang memantulkan cahaya. Untuk monokromator yang menggunakan prisma, dispersi dihasilkan dari pembiasan yang terjadi pada dua permukaan prisma. Dalam kedua desain, radiasi yang terdispersi difokuskan pada bidang fokus yang terletak pada celah keluar. Dengan memutar elemen pendispersi maka muncul bayangan yang dapat difokuskan pada celah keluar. Monokromator dengan kisi dapat memberikan pemisahan panjang gelombang yang lebih baik. Radiasi terdispersi secara linear (posisi pita sepanjang bidang fokus berubah secara linear sesuai dengan panjang gelombangnya) sepanjang bidang fokus. Untuk saat ini, biasa digunakan kisi dengan 1200-1400 galur/mm. Sebaliknya monokromator dengan prisma, panjang gelombang yang lebih pendek terdispersi sampai derajad yang lebih besar daripada panjang gelombang yang lebih besar (Day, 1980). b. Konfigurasi Czerny-Turner Gambar 2.1b menunjukkan suatu sistem spektrometer grating CzernyTurner. Cahaya dari celah masuk (entrance slit) diarahkan dan dipantulkan oleh cermin cekung pertama, dimana kemudian cahaya terkolimasi mengenai kisi

11

(grating). Selanjutnya cahaya terdifraksi mengenai cermin cekung kedua, kemudian spektrum cahaya difokuskan melewati celah keluar (exit slit). c. Kisi Echellete Sebuah kisi refleksi dibuat dengan goresan garis paralel pada permukaan logam yang digilapkan, seperti aluminium. Untuk daerah inframerah ada sekitar (1500-2500) garis/inci, untuk daerah ultraungu dan tampak ada sekitar (150030.000) garis/inci. Apabila cahaya dipantulkan dari permukaan ini, maka cahaya yang mengenai goresan akan dihamburkan, sedangkan cahaya yang mengenai permukaan yang tidak tergores akan memantul secara beraturan menjadi sumber cahaya baru/sekunder. Keadaan saling menindih gelombang-gelombang dari sumber-sumber ini menyebabkan suatu pola interferensi. Jadi cahaya akan dipantulkan menjadi panjang gelombang komponen-komponennya/monokromatis (Day, 1980). Galur (grooved/blazed) mempunyai permukaan tak tergores yang relatif lebar dibandingkan permukaan tergores, sehingga pemantulan lebih dominan daripada hamburannya. Geometri ini memberikan efisiensi difraksi radiasi yang tinggi. Masing-masing permukaan tak tergores dianggap sebagai sumber titik dari radiasi, sehingga interferensi diantara berkas yang dipantulkan dapat terjadi. Untuk dapat terjadi interferensi konstruktif, maka selisih/beda panjang lintasan kedua berkas harus sebesar kelipatan bilangan bulat dari panjang gelombang berkas sinar datang.

12

N’ θi

θb θ = θm

N

a θb

(a)

θm ∆1

a

θm θi ∆2 θi

(b) Gambar 2.2 Mekanisme berkas yang terdifraksi (Pedrotti, 1993) (a) grating

(b) kisi

Dari gambar 2.2a di atas, berkas cahaya yang mengenai kisi dengan sudut datang θi kemudian terdifraksi dengan sudut θ. Garis normal N’ pada permukaan kisi membentuk sudut θb relatif terhadap garis normal N. Sudut θb merupakan sudut kisi (blaze angle). Berkas yang terdifraksi pada permukaan kisi ini akan

13

saling memperkuat dimana θ = θm. Dengan membuat sudut datang sama dengan sudut pantulan relatif terhadap N’ : θi – θb = θm + θb, atau ; θb = θi - θm ..................................................................................(2.1) 2 interferensi maksimum terpenuhi jika selisih lintasan yang ditempuh oleh berkas cahaya sama dengan kelipatan bilangan bulat dari panjang gelombangnya, yaitu; mλ = a(sin θi + sin θm) .................................................................(2.2) Dari gambar 2.2b terlihat bahwa berkas yang mengenai suatu kisi refleksi dengan sudut datang θi dan berkas yang terdifraksi θm mempunyai selisih lintasan sebesar ∆ = ∆1 - ∆2. Dengan menggunakan persamaan trigonometri besarnya ∆ adalah : ∆ = ∆1 - ∆2 = asinθi – asinθm ......................................................(2.3) Di mana berkas sinar diasumsikan mempunyai sudut sebesar θm setelah terdifraksi. Pola interferensi maksimum akan terpenuhi ketika ∆ = mλ, sehingga persamaan dapat dituliskan kembali menjadi : mλ = a(sinθi – sinθm) ...................................................................(2.4) d. Dipersi Kisi Monokromator Kemampuan monokromator untuk memisahkan panjang gelombang yang berbeda tergantung pada dispersinya. Dispersi sudut dilambangkan

dq m dengan dλ

dθm adalah perubahan sudut pantulan dengan perubahan panjang gelombang dλ. Dispersi sudut kisi dapat diperoleh dengan menurunkan persamaan (2.2) untuk θi konstan sebagai berikut : Ð=

dq m = m ........................................................................(2.5) dλ acosqm

14

Dispersi linear D menunjukkan perubahan panjang gelombang sebagai fungsi y yaitu jarak garis AB dari bidang fokus, seperti dalam Gb. 2.1. Jika F adalah panjang fokus monokromator, dispersi linear dapat dihubungkan dengan dispersi sudut oleh hubungan: dq D = dy = m F ...........................................................................(2.6) dλ dλ

Dispersi linear resiprok: acosqm D-1 = dλ = 1 .................................................................(2.7) F m dy

untuk sudut difraksi kecil (<200), cos θm ≈ 1,sehingga untuk sudut θm kecil, dispersi linear kisi monokromator adalah konstan. e. Daya Pisah (Resolving Power) Monokromator Daya pisah monokromator berfungsi untuk membedakan gelombang cahaya yang panjang gelombangnya sangat dekat satu sama lain. Monokromator harus mempunyai daya pisah R yang tinggi, yang didefinisikan dari : R = λ .......................................................................................(2.8) Δλ dengan λ adalah panjang gelombang rata-rata dari dua garis spektrum yang hampir tidak dikenal sebagai terpisah (yang berdekatan) dan Δλ adalah perbedaan panjang gelombang di antara kedua garis spektrum tersebut. Semakin kecil Δλ, maka semakin dekatlah garis-garis yang masih dapat dipisahkan; maka daya pisah R dari kisi monokromator akan semakin besar. Untuk mencapai daya pisah yang tinggi maka harus dibuat jumlah kisi lebih banyak (Halliday dan Resnick, 1993). Daya pisah R untuk sebuah kisi grating dapat dituliskan sebagai berikut : R = mN ........................................................................................(2.9)

15

dengan m adalah orde difraksi dan N adalah jumlah galur kisi. Daya pisah semakin tinggi jika jumlah galur kisi semakin banyak. Perlu diingat juga bahwa jumlah galur kisi juga dipengaruhi oleh lebar kisi, jadi tinggi rendahnya daya pisah monokromator dipengaruhi oleh lebar kisi (Pedrotti, 1993). II.1.3 Interferensi Pada Lapisan Dielektrik Dalam kehidupan sehari-hari pola warna yang ditimbulkan oleh permukaan air berminyak, lapisan sabun dan pola bulu merak, mutiara serta sayap kupu-kupu merupakan peristiwa interferensi cahaya. Pola-pola interferensi ini dapat memiliki makna fisis tentang pola spektrum yang ditimbulkan, meliputi bentuk dan lebar spektrumnya, maupun besarnya reflektansi dari lapisan itu sendiri. Peristiwa ini yang menyebabkan gelembung sabun dan permukaan minyak tampak berwarna-warni. P

n0 A n1

C t

B

Lapisan transparan

Substrat

ns

Gambar 2.3 Interferensi dua berkas sinar pada lapisan film (Pedrotti, 1993). Dari gambar 2.3, suatu lapisan transparan menempel pada substrat kaca, di mana

berkas

cahaya

yang

mengenai

permukaan

lapisan

A

sebagian

dibelokkan/dibiaskan (refraksi) dan sebagian dipantulkan (refleksi). Berkas yang

16

dibelokkan akan dipantulkan lagi pada permukaan lapisan-substrat dititik B dan meninggalkan lapisan melewati titik C, pada arah yang sama berkas yang mengenai permukaan lapisan di titik A akan langsung dipantulkan. Kemungkinan juga sebagian berkas yang mengenai titik C akan dipantulkan secara internal pada lapisan transparan dan secara terus-menerus sampai intensitas dari berkas yang datang berkurang dan akhirnya hilang. Dua berkas pantulan sejajar yang mengenai permukaan lapisan transparan di titik A dan C dapat disatukan dengan menggunakan lensa pemfokus atau lensa cekung. Dua berkas ini akan menjadi satu pada titik P. Perbedaan lapisan ketika dua berkas melewati titik A akan menghasilkan pola gelap terang karena interferensi yang terjadi dititik P. Beda lintasan Δ, pada kondisi normal, adalah panjang lintasan ABC yang dilewati berkas cahaya dengan selama sekian waktu pada suatu lapisan dengan indek bias n, yaitu sebesar : Δ = n(AB + BC) = n(2t) .............................................................(2.10) Dari gambar 2.5, menggambarkan bagaimana suatu berkas sinar datang mengenai suatu lapisan dengan sudut θi. Beda fase antara titik C dan D dari berkas sinar yang dipantulkan berkaitan dengan beda lintasan antara lintasan ABC dan AD. Setelah titik C dan D dilewati, kedua berkas sinar akan selalu sejajar karena berada pada medium yang sama, oleh karena itu tidak terjadi sama sekali beda lintasan. Untuk menentukan besarnya beda lintasan Δ, titik G dianggap berada pada tengah-tengah titik A dan titik C setinggi BG pada segitiga ABC. Titik E dan F ditentukan dengan menarik garis tegak lurus terhadap lintasan AB dan lintasan BC dengan titik G, sehingga beda lintasan dari berkas sinar adalah :

17

Δ = n1(AB + BC) – n0(AD) .........................................................(2.11) D θi

θi

θi

n0 G A θt n1

θt E

C θt

F

t

B Gambar 2.4 Interferensi pada lapisan tunggal dengan sudut datang θi (Pedrotti, 1993). Jika panjang AB = AE + EB dan BC = BF + FC, maka dapat dituliskan: Δ =[ n1(AE + FC) – n0(AD)] + n1(EB + BF) ............................(2.12) Dari hukum Snell, n0 sinθi = n1sinθt ........................................................................(2.13) æ ö dengan panjang AE = AGsinθt = çç AC ÷÷ sinθt dan AD = ACsinθi , maka diperoleh: 2 è ø æ ö æ ö 2AE = ACsinθt = AD çç sinθt ÷÷ = AD çç n0 ÷÷ ....................................(2.14) n è 1ø è sinθi ø

n0AD = 2n1AE = n1(AE + FC) ...................................................(2.15) sehingga persamaan (2.11) dapat dituliskan : Δ = n1(EB + BF) = 2n1EB .........................................................(2.16) jika t adalah ketebalan lapisan maka t =

EB , dengan θ adalah besarnya sudut t cos θt

bias, sehingga : Δ = 2n1 tcosθt .............................................................................(2.17)

18

Dari Persamaan (2.15) menunjukkan bahwa besarnya sudut bias θt mempengaruhi besarnya beda lintasan Δ, terkecuali untuk kondisi normal dimana, θi = θt = 00. II.1.4. Transfer Matrik Secara matematis hubungan antara reflektansi dan sudut datang dapat diturunkan dengan menggunakan metode transfer matrik. Dari beberapa persamaan-persamaan teori gelombang elektromagnetis, besarnya vektor pointing digambarkan sebagai besarnya energi yang dimiliki suatu sistem yang menyebar secara radial ke segala arah adalah: S = ε0c2E x B ..............................................................................(2.18) Di mana E adalah medan listrik (volt/meter) dan B adalah medan magnet (tesla), besarnya medan listrik E pada sistem ini adalah : E = υB ........................................................................................(2.19) Di mana υ adalah kecepatan gelombang elektromagnetik yang nilainya bergantung pada indek bias medium sebesar: n = c .........................................................................................(2.20) υ dan kecepatan gelombang pada ruang hampa c =

1 , dengan ε dan µ adalah 0 o ε0 µ0

permitivitas dan permeabilitas pada ruang hampa yang besarnya masing-masing εo = 8,854 x 10-12 C2/N-m2 dan µ0 = 4π x 10-7 T-m/A. Dari persamaan (2.19)

dapat kita tuliskan menjadi; B = E = æçç n ö÷÷ E = n ε0 µ0 E ......................................................(2.21) υ ècø

19

Film n0

z

x

n1 t

ns

B E

Er1

Ei1

Er2

B y

Substrat

B

E

E θt2

E

E0 θ0

θt1

B

θ0 Et1

(a)

Ei2

B

Et2

(b)

Gambar 2.5 Mekanisme berkas pantulan pada lapisan tunggal (Pedrotti, 1993) Dari gambar 2.5 diatas terlihat bahwa berkas sinar yang melewati medium yang berbeda sebagian akan dipantulkan dan sebagian akan dibiaskan dan sekaligus ada yang ditransmisikan, diasumsikan bahwa lapisan itu homogen dan isotropik. Persamaan keadaan yang berlaku pada sistem ini sesuai dengan persamaan gelombang elektromagnetis dengan syarat batas untuk medan listrik E dan medan magnet B: bahwa arah medan E dan medan B pada setiap titik yang dilewati oleh berkas cahaya selalu tegak lurus. Persamaan gelombang untuk medan E dan medan B pada permukaan (a) dan permukaan (b) adalah sebagai berikut: Ea = E0 + Er1 = Et1 + Ei1 ............................................................(2.22) Eb = Ei2 + Er2 = Et2 ....................................................................(2.23) Ba = B0cosθ0 – Br1cosθ0 = Bt1cosθt1 – Bi1cosθt1 .........................(2.24) Bb = Bi2cosθt1 – Br2cosθt1 = Bt2cosθt2 ........................................(2.25)

20

Dengan mensubstitusi persamaan (2.21), (2.24) dan (2.25), maka diperoleh: Ba = γ0(E0 – Er1) = γ1(Et1 – Ei1) .................................................(2.26) Bb = γ1(Ei2 – Er2) = Ba = γsEt2 ....................................................(2.27) di mana: γ0 ≡ n0 ε0 µ0 cosθ0 ....................................................................(2.28) γ1 ≡ n1 ε0 µ0 cosθt1

..................................................................................................... (2.29)

γ2 ≡ ns ε0 µ0 cosθt2 ....................................................................(2.30) beda fase δ dapat ditentukan menggunakan persamaan (2.17) yaitu: æ ö δ = k0Δ = çç 2π ÷÷ n1 tcosθt1 ...........................................................(2.31) λ è 0 ø

jika, Ei2 = Et1e-iδ .................................................................................(2.32) Ei1 = Er2e-iδ ................................................................................(2.33) Dengan menggunakan persamaan (2.32) dan persamaan (2.33) serta eliminasi persamaan (2.23) dan persamaan (2.27) maka didapatkan : Eb = Et1e-iδ + Ei2 eiδ = Et2 ...........................................................(2.34) Bb = γ1(Et1e-iδ - Ei1eiδ) = γsEt2 .....................................................(2.35) æ ö Et1 = çç γ1Eb + Bb ÷÷eiδ ....................................................................(2.36) 2γ1 ø è æ ö Ei1 = çç γ1Eb - Bb ÷÷e-iδ ...................................................................(2.37) 2γ 1 è ø

Dari hubungan persamaan (2.22), (2.24), (2.36) dan (2.37), maka diperoleh ; æ ö Ea = Eb cos δ + Bb çç isinδ ÷÷ ........................................................(2.38) è γ1 ø

21

Ba = Eb(iγ1sinδ) + Bbcosδ ...........................................................(2.39) Jika 2cosδ ≡ eiδ + e-iδ dan 2isinδ ≡ eiδ - e-iδ, maka persamaan (2.38) dan persamaan (2.39) dapat dituliskan dalam bentuk matrik menjadi: é Ea ù ê ú êB ú ë aû

=

é ù isinδ ù ê Eb ú γ1 úú ê ú ....................................................(2.40) ê ú cosδ úû ê B ú ë bû

é ê cosδ ê êiγ sinδ ë 1

Ini merupakan matrik 2 x 2 yang disebut juga sebagai bentuk transfer matrik dengan bentuk umum: Μ=

ém11 ê êëm21

m12 ù ú m22 úû

......................................................................(2.41)

Jadi persamaan (2.40) dapat diselesaikan menggunakan bentuk transfer matrik sebagai berikut: é E0 + Er1 ù ê ú êγ0 (E0 - Er1 )ú ë û

=

ém11 ê êëm21

m12 ù é Et2 ù ú .............................................(2.42) ú ê m22 úû êëγs Et2 úû

Ekuivalen dengan bentuk matrik persamaan (2.40) adalah : 1 + r = m11t + m12t ..................................................................(2.43) γ0(1 – r) = m21t + m22γst ...........................................................(2.44) dengan r = Er1 dan t = Et1 yaitu besarnya koefisien refleksi dan koefisien E0 E0 transmisi dari lapisan film, atau: r = γ0 m11 + γ0 γs m12 - m21 - γs m22 ................................................(2.45) γ0 m11 + γ0 γs m12 + m21 + γs m22 Koefisien refleksi r adalah rasio perbandingan antara intensitas awal radiasi elektromagnetik terhadap intensitas yang dipantulkan ketika melewati suatu lapisan (medium). Reflektansi R menunjukkan besar fraksi energi yang

22

dipantulkan yang besarnya bergantung pada nilai r (Pedrotti, 1993). Dari persamaan matrik (2.40) diperoleh: m11 = cos δ,

m12 =

m21 = in ε0 µ0 sinδ,

isinδ dan n1 ε0 µ0

m22 = cosδ

substitusi ke persamaan (2.45) menjadi: 2 r = n1(n0 - ns )cosδ + i(n0 ns - n12 )sinδ .........................................(2.46) n1(n0 + ns )cosδ + i(n0 ns + n1 )sinδ

dimana reflektansi R didefinisikan sebagai berikut: R = | r |2 .....................................................................................(2.47) Karena r dalam bentuk komplek, yaitu : r = A + iB .................................................................................(2.48) C + iD sehingga, 2 2 | r |2 = rr* = A + iB A - iB = A2 + B 2 ....................................(2.49) C + iD C - iD C +D

dan reflektansi R : 2 2 2 2 2 2 R = n12(n0 - ns ) 2cos 2δ + (n0 ns - n12) sin2 δ ....................................(2.50) n1 (n0 + ns ) cos δ + (n0ns + n1 )sin δ

dengan : R

= reflektansi suatu lapisan

n0

= indek bias udara

n1

= indek bias lapisan

ns

= indek bias substrat

δ

= beda fase ( 0 atau radian)

23

Hubungan matematis antara perubahan sudut datang dengan reflektansi dari lapisan kaca film adalah : æ

R =

æ æ ö ö ö÷ æ n sinθ ö ö ö÷ ç ÷÷ ç 0 i ÷÷ 2 2 2 ç 2π n tcos ç arcsinç ÷ ÷ ÷ + (n0 ns - n f ) sin ç ÷÷÷ 1 ÷÷÷ ç n ÷÷÷ çλ ç øøø 0 è 1 øøø è è ö æ æ æ æ n sinθ ö ö ÷ æ n sinθ ö ö ö÷ ç ç ç 0 ç 0 i ÷÷ i ÷÷ 2 2 ç 2π n tcosç arcsinç n tcosç arcsinç ÷ ÷ ÷ + (n0 ns + n1 )sin ç ÷÷÷ 1 1 ç n ÷÷÷ ç n ÷÷÷ çλ ç ç è 1 ø 0 è 1 øøø è øø è è æ

æ n sinθ ç ç 0 i 2 2 2 ç 2π n1 (n0 - n s ) cos ç n tcosç arcsinç 1 ç n çλ ç è 1 è è 0 2 n (n0 1

æ 2 2ç + n s ) cos ç ç è

2π λ

0

(2.51)

Penjabaran persamaan untuk menentukan hubungan antara sudut datang θi dan reflektansi R pada Lampiran 2. II.2

Kerangka Pemikiran Pemanfaatan laser di bidang optik dan material salah satunya yaitu untuk

analisa kuantitatif dan kualitatif dari suatu materi dengan metode spektroskopi. Karakteristik dan sifat laser yang memiliki intensitas yang tinggi serta koheren ini akan digunakan untuk uji suatu bahan. Dalam proses spektroskopi ini digunakan laser He-Ne sebagai sumber radiasi elektromagnetik yang dikenakan pada suatu lapisan kaca film. Reflektansi suatu bahan merupakan nilai yang didapatkan dengan membandingkan antara intensitas dari sumber radiasi yang dikenakan pada bahan tersebut terhadap intensitas yang dipantulkan ketika sumber radiasi mengenai bahan tersebut. Berdasarkan persamaan (2.51) maka akan dilakukan penelitian tentang pengaruh sudut datang terhadap besarnya reflektansi suatu lapisan. Besarnya reflektansi dapat diamati melalui spektrum yang dipancarkan oleh radiasi elektromagnetik. Dengan mempelajari spektrum ini maka akan ditentukan nilai reflektansi lapisan kaca film terhadap variasi sudut datangnya.

24

Berdasarkan hal-hal yang telah dikemukakan di atas, akan dilakukan penelitian tentang pengaruh variasi sudut datang suatu sumber radiasi elektromagnetik yang dikenakan pada suatu lapisan kaca film terhadap besar reflektansinya. Dengan seperangat

alat

menggunakan

seperangkat

monokromator

tipe

alat

270M

percobaan Rapid

monokromator

Scanning

Imaging

Spectrograph/Monochromator (Serial Number. 0525) dari ISA Jobin-Yvon Spex dapat dilakukan pengukuran spektrum emisi laser He-Ne yang dikenakan pada sampel kaca film mobil. Spektrum tersebut menggambarkan besarnya intensitas versus panjang gelombang, selanjutnya dapat ditentukan besarnya reflektansi dari sampel kaca film untuk setiap variasi sudut datang.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

III.1. Tempat dan Waktu Penelitian III.1.1 Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan di sub Lab. Fisika Laboratorium Pusat Univesitas Sebelas Maret Surakarta. III.1.2. Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan dari bulan Nopember 2005 sampai bulan Maret 2006. III.2. Alat dan Bahan 1. Alat yang digunakan dalam penelitian: a. 270M Rapid Scanning Imaging Spectrograph/Monochromator b. HAMAMATSU Photon Counter C5410 – 50 No. 1120 c. PMT (Photon Multiplier Tube) SPEX 1911F, Industries INC, Edison N.J, 08820 d. Seperangkat Interferometer Model 9255 PASCO Scientific e. Kabel konektor 2. Bahan yang digunakan dalam penelitian : a. Lampu spektral kadmium (Cd) dengan λ = 643,8 nm b. Laser He-Ne (λ = 632,8 nm) c. Kaca film mobil dengan tipe Spectrum 20% dan lapisan film Solar Quard 60% .

39

40

d. Plat kaca (glass plate) . III.3. Metodologi Penelitian Set up dan kalibrasi monokromator Pengujian sampel Scanning spektrum

Data hasil

Panjang gelombang

Intensitas

Analisa data Kesimpulan Gambar 3.1 Skema penelitian Tabel 3.1 Spesifikasi bahan kaca film Bahan sampel

Indek bias

Ketebalan

1. Spectrum 20%

( 1,76 ± 0.02 )

( 0,047 ± 0,002 ) mm

2. Solar quard 60%

( 2,37 ± 0,06 )

( 0,07 ± 0,0015) mm

3. Glass plate

(1,52 ± 0,01)

(5,72 ± 0,003) mm

41

PHOTON COUNTER PMT

(8)

(7)

(6)

(5) (4) 0/360

(1)

315

270

45

90

(3)

225

135 180

(2) Gambar 3.2 Set up alat percobaan Keterangan gambar 3.2 : 1. Sumber cahaya laser He-Ne 2. Seperangkat alat pengatur sudut 3. Sampel lapisan kaca film 4. Cermin pemantul 1 5. Cermin pemantul 2 6. Monokromator 7. PMT (Photo Multiplier Tube) 8. HAMAMATSU Photon Counter C5410 9. layar

(9)

42

(5) 0/360 315

45

(4) 270

(1)

90

(2) 225

(3) 135

180

Gambar 3.3 Setup alat pengatur sudut Keterangan gambar 3.3 : 1. Laser He-Ne 2. Sampel kaca film mobil dan pengatur sudut 3. Cermin tetap 4. Berkas sinar datang 5. Berkas sinar pantul Langkah-langkah kerja yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : III.3.1 Standart Operating Procedure ( SOP ) Monokromator 270M Set up Seperangkat alat Monokromator 270M 6

7 3 2

4

1

5 8 Gambar 3.4 rangkaian set up Seperangkat alat Monokromator 270M

9

43

Keterangan gambar 3.4 : 1. Hanscan/key link keypad 2. Monokromator 270M 3. PMT ( Photon Multiplier Tube) 4. Photon counter 5. Kabel abu-abu I/O serial port Belden 95iG SC24yang dihubungkan ke bagian belakang monokromator 6. Kabel hitam yang dihubungkan ke bagian panel Sign in pada photon counter 7. Kabel merah E1168-17 tegangan tinggi, yang dihubungkan ke panel HV out pada photon counter 8. kabel konektor untuk power supply yang dihubungkan ke sumber tegangan 9. kabel konektor untuk power supply yang dihubungkan ke sumber tegangan

44

8

7 6

3 4

9 5

2 1 Gambar 3.5 Panel seperangkat alat monokromator 270M Keterangan gambar 3.5 : 1. handscan 2. monokromator 3. PMT 4. photon counter 5. kabel I/O serial port 6. kabel hitam ke panel Sign In 7. Kabel merah E1168-17 8. panel HV OUT pada photon counter 9. panel Sign In pada photon counter

45

Kalibrasi monokromator dilakukan untuk tujuan mengetahui fungsi kerja seperangkat alat monokromator pada kondisi optimum. Langkah-langkah yang dilakukan adalah : a. Meletakkan sumber cahaya lampu Cd sebagai sumber radiasi di depan celah masuk monokromator. b. Mengatur arah jalannya sinar agar tepat mengenai bagian tengah cermin pengkolimasi dan cermin pemfokus. c. Mengatur lebar celah masuk dan celah keluar. d. Mengeset λawal dan λakhir scanning , speed scan (kecepatan scanning), kecepatan grafik, gate time, voltase PMT pada Handscan dan setting Photon counter. e. Scanning spektrum panjang gelombang. f. Menentukan panjang gelombang puncak dan menghitung besarnya pergeseran monokromator. g. Mengulangi langkah a à f dengan menggunakan lampu He-Ne. III.3.2 Pengambilan data Setelah melakukan kalibrasi pada monokromator, set seperangakat monokromator seperti pada gambar 3.2, langkah-langkah yang harus dilakukan adalah : a. Menempatkan sampel pada seperangkat interferometer sedemikian sehingga berkas radiasi laser He-Ne yang mengenainya dipantulkan tegak lurus terhadap sampel.

46

b. Memulai pengukuran dengan memutar sampel sesuai dengan skala derajat yang tertera pada interferometer. c. Mencatat hasil pada proses scanning untuk setiap variasi sudut yang dilakukan. d. Menentukan panjang gelombang puncak dari hasil data yang direkam oleh photon counter. e. Panjang gelombang puncak ini digunakan sebagai acuan untuk menentukan interval pencatatan yang dilakukan. f. Melakukan pengaturan seperti halnya pada proses kalibrasi monokromator. g. Hasil yang didapatkan kemudian diproses menggunakan sofware Microcal origin R III.3.3 Penggunaan Handscan Handscan merupakan piranti digital yang berfungsi sebagai kontrol input monokromator. Setelah handscan dihubungkan ke monokromator hendaknya kita set terlebih dahulu parameter-parameter yang ada pada handscan sebagai berikut : a. Menghubungkan handscan ke monokromator melalui paralel port RS 232 pada bagian belakang monokromator. Menghidupkan monokromator dengan tombol ON/OFF, sesaat akan terjadi proses booting tekan tombol [NEXT] dan [ENTER] secara bersamaan pada handscan untuk mengenali parameter-parameter yang harus ditentukan yaitu : Parameter

Ketentuan

Re-Init

No

Baud Rate

19200

Comm Bits

8,1,n

Parity

skipped if Comm Bits are set as above

47

Parity Err

Off

Key Repeat

On

Echo

Off

Ctrl Char

Procs

Scroll on

33rd

Cursor

Off

Newline

Off

untuk mengeset dari satu parameter ke parameter yang lain tekan tombol [>>] dan keluar pada tombol [<<] pada handscan. Parameter-parameter ini merupakan standar mutlak sebagai komunikasi antara piranti digital handscan dengan monokromator. b. Menekan tombol [FUNC MENU] untuk mengenali setiap hardware yang ada pada piranti dalam monokromator. Mengubah perintah INSTALL atau UNINSTALL untuk mengenali bagaimana sistem grating-nya, exit slit serta entrance slit, tergantung penggunaannya. Memasukkan setup parameter monokromator dibawah ini : Mono type

: 13

Model

: 270M

Base Grating

: 1200

Steps/Base unit

: 32/nm

Min Limit

:0

Max Limit

: 1100(13)

Min Freq, Hz

: 2560

Max Freq, Hz

: 2560

Ramp Time, ms

: 1000

Backlash Steps

: 320

Spectrograph Ent/Exit Lngth, mm Included Angle,

0

: 227,3/267,84 : 18

48

Incline, 0

: 11

Trig Cal 1

:0

Trig Cal 2

: -1

Model

: 270M

c. Setelah poin (a), (b) dan (c) terpenuhi dengan memasukkan parameterparameter yang digunakan, untuk menscan panjang gelombang dari suatu sampel, langkah-langkah yang harus dilakukan adalah berikut ini: Menghidupkan monokromator, tunggu proses booting beberapa saat kemudian pada layar handscan akan muncul SCAN MENU * perintah: MONO A SCN*OPT Ø Menekan tombol [SCAN MENU], lalu muncul : START nm * SCN A 3 Ø Ø .Ø Ø

*EDIT

START nm menunjukkan posisi awal panjang gelombang dalam nm (nanometer). 300 nm bukan harga ketetapan dari panjang gelombang yang telah ditetapkan , nilai ini bisa diubah. Misal akan men-scan dari panjang gelombang 500 nm – 600 nm, tekan [5][0][0] kemudian [ENTER].

START nm 5 Ø Ø .Ø Ø

* SCN A *EDIT

Lalu tekan [6][0][0], lalu tampilan akan berubah menjadi:

END nm 6 Ø Ø .Ø Ø

* SCN A *EDIT

Kemudian tekan lagi [ENTER], tampilan layar akan berubah, lalu akan menentukan kecepatan scan (speed scan). Untuk menjalankan proses scanning tekan [RUN] yang berarti monokromator sedang melakukan proses scanning panjang gelombang dari 500 nm-600 nm dengan kecepatan 5 nm/sec .

nm / SEC 5.Ø Ø Ø

* SCN A *EDIT

49

Untuk lebih jelasnya fungsi dari tombol-tombol pada handscan dijelaskan pada bagian Lampiran 3. III.3.4 Penggunaan Photon Counter Photon counter merupakan suatu alat yang digunakan untuk mencacah dan menampilkan besarnya intensitas dari berkas cahaya pada setiap panjang gelombang tertentu. Pada penelitian ini digunakan photon counter model C5410 dari HAMAMATSU. Selama proses scanning berjalan berkas cahaya yang masuk ke monokromator diteruskan ke PMT (Photon Multiplier Tube). PMT berfungsi untuk memperkuat sinyal masukkan dari suatu berkas cahaya. Kemudian sinyal ini diteruskan menuju ke photon counter dimana sinyal ini diproses menjadi tampilan spektrum dari berkas sumber radiasi. Gambar 3.4, bagian depan photon counter, berikut fungsi dari tombol-tombolnya: 16 HAMAMATSU

3

4

5

PHOTON COUNTER 6

2

7 8 9

1

10 0 1

11

12

13

14

15

Gambar 3.6 Gambar panel Hamamatsu photon counter C5410 Keterangan gambar 3.6 : 1.

POWER

berfungsi

sebagai

on/off

untuk

menghidupkan photon counter.

mematikan

dan

50

2.

CONT

berfungsi untuk mengatur kekontrasan dari kristal cair pada layar poton counter.

3.

BLANK

berfungsi untuk menampilkan dan menyembunyikan layar kristal cair pada photon counter.

4.

BUSY

mengindikasikan melakukan

bahwa

pencacahan

photon selama

counter proses

sedang scanning

berjalan. 5.

CARRY

mengindikasikan terjadinya transfer data dari photon counter ke komputer melalui interface RS 232.

6.

TRIG . IN

menerima sinyal trigger dari luar, membuat sinyal trigger

pada

level

TTL

(Transistor

Transisitor

logic)/(logika negatif) dengan lebar pulsa sedikitnya 1 µs. 7.

TRIG . OUT

digunakan sebagai keluaran trigger internal dan masukan trigger eksternal sinyal dari luar.

8.

SIG . IN

berfungsi sebagai masukan (input) dari keluaran (output) sinyal pada PMT (photomultiplier tube).

9.

HV. OUT

berfungsi sebagai output sumber tegangan tinggi pada PMT (photomultiplier tube).

10.

HV . OUT . SW

tombol yang berfungsi untuk mengaktifkan atau mematikan suplai sumber tegangan tinggi pada PMT (photomultiplier tube).

51

11.

F.1

tombol yang digunakan untuk mengisikan parameterparameter yang ada pada layar photon counter.

12.

F. 2


13.

F. 3


14.

F. 4


15.

F.5


16.

DISPLAY

merupakan tampilan secara keseluruhan layar dari kristal cair yang menampilkan nilai seting parameter dan bentuk spektrum yang dihasilkan.

Gambar 3.7 Contoh hasil scanning Laser He-Ne pada panel layar photon counter

52

PMT (Photo Multiplier Tube)

Interferometer Model 9255 PASCO Scientific

HAMAMATSU Photon Counter C5410

ISA Jobin-Yvon Monokromator 270M

Handscan / Keylink keypad Gambar 3.8 Gambar panel seperangkat alat monokromator 270M

53

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Telah dilakukan kalibrasi monokromator dengan menggunakan lampu spektral Cd dan laser He-Ne. Monokromator yang telah terkalibrasi selanjutnya digunakan untuk spektroskopi laser He-Ne yang dikenakan pada sampel kaca film mobil untuk menentukan besarnya reflektansi yang meliputi pengukuran panjang gelombang laser dan intensitas refleksi laser dengan variasi sudut. IV.1. Kalibrasi Monokromator 270M 1. Kondisi Kalibrasi Sebelum pencacahan dilakukan, semua fungsi peralatan yang perlu diatur harus disetel (set) pada kondisi kerja optimum. Fungsi – fungsi tersebut antara lain adalah pengaturan gate time, speed scan, tegangan tinggi, parameter handscan dan lain-lain. Semua data pencacahan harus diambil pada setelan (setting) yang sama dari semua tombol pengaturan fungsi – fungsi tersebut. Telah dijelaskan pada Bab II bahwa spektrum hasil scaning merupakan spektrum yang menggambarkan besarnya intensitas versus panjang gelombang sumber cahaya. Besarnya cacah intensitas yang dihasilkan pada saat scanning bersesuaian dengan nilai panjang gelombang sumber cahaya. b. Lampu Spektral Cd (643,8 nm) Sebuah spektrum dipancarkan ketika elektron berpindah dari suatu keadaan tereksitasi ke keadaan dasar. Lampu spektral Cd mempunyai spektrum cahaya merah dengan puncaknya yang tertinggi pada panjang gelombang 643,8 nm (Pedrotti, 1993). Dari hasil scanning terdapat beberapa puncak yang

54

berdekatan, namun lampu spektral Cd dapat dianggap sebagai sumber cahaya yang hampir monokromatis Hasil scanning spektrum dari lampu spektral Cd dapat dilihat pada gambar 4.1. Spektrum sebelah kiri (λpuncak = 568 nm) merupakan hasil dari scanning menggunakan monokromator sedangkan spektrum sebelah kanan merupakan spektrum yang telah digeser (λpuncak = 643,8 nm). Panjang gelombang puncak yang terlihat pada hasil scanning ini sebenarnya tidak hanya pada 643,8 nm saja, masih terdapat panjang gelombang lain yang saling berdekatan, namun karena nilai maksimum yang tercacah pada photon cunter menunjukkan pada nilai 643,8 nm sehingga nilai ini dianggap sebagai puncaknya. Dari literatur diketahui bahwa panjang gelombang dari lampu Cd adalah 643,8 nm sedangkan dari hasil spektroskopi ini panjang gelombang yang dihasilkan adalah 568 nm. Oleh karena itu terdapat pergeseran panjang gelombang 75,8 nm. Lampu spektral Cd

90000 80000

75,8 nm

70000

Intensitas (a.u)

60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 500

550

600

650

700

750

800

Panjang gelombang nm

Spektrum Lampu Cd (scanning)

Spektrum Lampu Cd (sebenarnya)

Gambar 4.1 Spektrum lampu spektral Cd

55

Parameter set peralatan yang digunakan pada saat scanning lampu Cd : Gate

= 50 ms

Speed scan

= 5 nm/s

Voltase PMT

= -1500 V

Shutter entrance

= 0,3 mm

Shutter exit

= 0,3 mm

λawal – λakhir

= 500 nm – 756 nm

Hasil λ Lampu spektral Cd

= 568 nm

Pergeseran λ

= 75,8 nm

Dalam penelitian ini, scanning lampu spektral Cd dilakukan dari panjang gelombang 500 nm – 756 nm. Lebar celah masuk (shutter entrance) dan celah keluar (shutter exit) dibuat sempit (0,3 mm) dengan maksud agar berkas cahaya yang berasal dari lampu spektral Cd yang bersifat menyebar (divergen) tetap dapat mencapai celah keluar. Dari hasil spektroskopi lampu spektral Cd ini diperoleh panjang gelombang yang lebih kecil dari yang sebenarnya yaitu 568 nm, sehingga terdapat pergeseran panjang gelombang 75,8 nm. c. Laser He-Ne (632,8 nm) Berkas sinar dari laser He-Ne dihasilkan ketika atom-atom Ne mengalami transisi dari keadaan metastabil pada 20,66 eV ke keadaan tereksitasi 18,70 eV yang mengemisikan foton dengan panjang gelombang 632,8 nm. Atom-atom He dalam laser He-Ne berfungsi untuk membantu terjadinya inversi populasi dari atom-atom He. Laser He-Ne beroperasi secara kontinu karena tumbukan elektron He dan Ne yang terjadi sepanjang waktu. Istilah inversi populasi dipakai untuk memerikan kelompok atom yang sebagian besar berada dalam keadaan tereksitasi, karena dalam keadaan normal, tingkat dasar memiliki populasi yang lebih besar.

56

Dalam laser He-Ne pada suhu kamar, keadaan akhir transisi laser (tingkat 18,07 eV dari atom Ne) berada di atas tingkat dasar dan sebagian besar tidak diduduki. Ini berarti hanya sebagian kecil dari atom-atom Ne akan menyerap foton dalam daerah frekuensi laser (Beiser, 1992). Dalam spektroskopi ini digunakan sumber laser He – Ne yang mempunyai satu puncak panjang gelombang. Panjang gelombang laser He-Ne berdasarkan literatur adalah 632,8 nm (Pedrotti, 1993). Hasil scanning spektrum dari laser He-Ne dapat dilihat pada gambar 4.2. Spektrum sebelah kiri (λpuncak = 556 nm) merupakan hasil scanning menggunakan monokromator sedangkan spektrum sebelah kanan merupakan spektrum yang telah digeser (λpuncak = 632,8 nm). Puncak-puncak kecil disekitar puncak utama kemungkinan muncul akibat dari radiasi background karena pada saat pengukuran masih terdapat spektrum cahaya lain yang ikut terukur atau karena pengaruh fluktuasi sumber tegangan setiap saat. La ser H e-N e

500000

76,8nm Intensitas (a.u)

400000

300000

200000

100000

0 500

550

600

650

700

750

800

panjang gelom bang (nm )

Spektrum Laser He-Ne (scanning)

Spektrum Laser He-Ne (sebenarnya)

Gambar 4.2 Spektrum laser He-Ne

57

Parameter set peralatan yang digunakan pada saat scanning laser He-Ne : Gate time

= 50 ms

Speed scan

= 5 nm/s

Voltase PMT

= -1500 V

Shutter entrance

= 0,3 mm

Shutter exit

= 0,3 mm

λawal – λakhir

= 500 nm – 756 nm

Hasil λ Laser He-Ne = 556 nm Pergeseran λ

= 76,8 nm

Dalam penelitian, scanning laser He-Ne dilakukan dari panjang gelombang 500 nm sampai 756 nm. Lebar celah masuk (shutter entrance) dan celah keluar (shutter exit) dari monokromator yaitu 0,3 mm. Dari hasil scanning laser He-Ne diperoleh panjang gelombang yang diemisikan yaitu 556 nm, sehingga terdapat pergeseran panjang gelombang 76,8 nm. Dari hasil kalibrasi menggunakan lampu spektral Cd panjang gelombang dari hasil scanning adalah 568 nm dengan pergeseran (Δλ = 75,8 nm). Sedangkan hasil kalibrasi menggunakan laser He-Ne panjang gelombang dari hasil scanning adalah 556 nm dengan pergeseran (Δλ = 76,8 nm). Perbedaan pergeseran panjang gelombang antara lampu Cd dan laser He-Ne disebabkan karena derajat kemonokromatisan antara kedua sumber yang berbeda. Walaupun lampu Cd dianggap hampir monokromatis namun dari hasil scanning terdapat puncak lain yang terdeteksi oleh monokromator berbeda dengan laser He-Ne yang mempunyai derajat monokromatis yang tinggi. Namun pada dasarnya besarnya pergeseran panjang gelombang tersebut tetap karena semua parameter pengukuran diset pada kondisi yang sama.

58

Koreksi pergeseran panjang gelombang yang digunakan untuk pengukuran selanjutnya adalah hasil kalibrasi menggunakan laser He-Ne yaitu sebesar 76,8 nm. Hal ini dikarenakan laser He-Ne yang digunakan dalam penelitian selanjutnya. Ada beberapa hal yang harus diperhatikan pada waktu menjalankan scanning spektrum menggunakan monokromator, diantaranya yaitu : 1.

Lebar celah masuk dan celah keluar Lebar celah monokromator berperan dalam menentukan karakteristik dan

kualitas hasil scanning. Lebar celah masuk dan celah keluar dapat diubah sesuai keperluan menggunakan handscan. Pada monokromator 270M ini lebar celah dapat diubah dengan kelipatan 12,5 µm. Dispersi dari monokromator 270M dengan kisi 1200 g/mm adalah 3,1 nm/mm, artinya jika celah dibuka selebar 1mm maka akan terdapat bandwidth spektral sebesar 3,1 nm. Lebar celah minimum diperlukan untuk memperoleh resolusi yang baik. Namun demikian lebar celah yang terlalu sempit juga akan mengakibatkan kehilangan tenaga radiasi tanpa adanya peningkatan kemurnian spektral akibat terjadinya difraksi pada tepi celah. Pada celah keluar yang sempit menyebabkan energi radiasi yang lewat tidak cukup untuk membuat detektor aktif (daya radiasi berkurang) sehingga tidak ada yang ditangkap oleh detektor dan tidak ada sinyal yang tercatat oleh photon counter. 2. Pengaturan Gate time Pengaturan gate time pada photon counter dilakukan untuk mendapatkan nilai range interval panjang gelombang dari daerah domain waktu t. Besarnya gate

59

time dapat diubah sesuai dengan keperluan dari 50 µs sampai 50 s. Nilai gate time berkaitan dengan fungsi waktu (t) pencacahan/pengukuran (time resolved measurement) pada photon counter, misalkan diambil gate time 1 ms maka besarnya time resolved measurement adalah 1 ms x 1024 (kapasitas memori photon counter) yaitu 1,024 detik. Setelah menentukan nilai gate time, selanjutnya merubah ke dalam fungsi panjang gelombang dengan mengatur speed scan pada monokromator dengan menggunakan photon counter. 3. Pengaturan Speed scan Telah dikatakan pada poin 2 diatas, dapat mengubah fungsi (t) ke fungsi (λ) dengan mengatur nilai speed scan monokromator, nilai speed scan dapat diubah sesuai dengan keperluan dari 1 nm/s sampai 70 nm/s, misalnya dengan speed scan 50 nm/s, time resolved measurement-nya adalah 1,024 s, maka akan didapatkan interval panjang gelombang 50 nm/s x 1,024 s yaitu 51,2 nm. Ini berarti bahwa antara range λawal dan λakhir harus sama dengan 51,2 nm, atau dapat dituliskan juga : l awal - l akhir =

gate time x 1024 (memory capacity) x speed scan

4. Pengubahan domain waktu pada photon counter Bentuk spektrum yang dihasilkan oleh photon counter merupakan hasil scanning dari suatu berkas sinar dengan domain waktu terhadap intensitasnya. Oleh karena itu perlu mengubahnya ke domain panjang gelombang (λ) terhadap intensitas, misalnya : Ambil gate time: 50 msec, speed scan = 5 nm/s, maka time resolved measurement = 50 ms x 1024 = 51,2 s sehingga l awal - l akhir

=

256 nm, sekarang menggunakan

60

sumber lampu laser He-Ne dengan panjang gelombang 632,8 nm, maka akan ditentukan λawal = 500 nm dan λawal = 756 nm yang jelas panjang gelombang laser He-Ne harus berada pada rentang ini, sehingga akan mendapatkan bentuk spektrum sebagai berikut : 500000

Intensitas

400000

300000

200000

100000

0

memory capacity 0

200

400

600

800

1000

1200

40

50

60

(a) 500000

Intensitas

400000

300000

200000

100000

0

waktu (s) 0

10

20

30

(b) 500000

Intensitas

400000

300000

200000

100000

0

panjang gelombang (nm) 500

550

600

650

700

750

800

(c) Gambar 4.3 Grafik intensitas dengan domain yang berlainan (a) Domain fungsi memory capacity

61

(b) Domain fungsi waktu (t) (c) Domain fungsi panjang gelombang ( λ ) Gambar 4.3 (a) dapat diubah ke gambar 4.3 (b) atau gambar 4.3 (c), sesuai dengan pengaturan pada poin 2 à 4 diatas. Jadi setelah mendapatkan grafik memory capacity vs intensitas, selanjutnya dikonversikan ke domain waktu kemudian baru ke dalam bentuk panjang gelombang vs intensitas. Nilai interval 1 – 1024 pada memory capacity sama dengan interval 1s – 51,2s pada domain waktu dan sama pula dengan interval panjang gelombang dari 500 nm – 756 nm.

IV.2. Pengukuran Spektrum Refleksi Laser He-Ne a. Substrat Kaca Pengukuran spektrum refleksi laser He-Ne pada substrat kaca sebagai keadaan awal sebelum dilapisi kaca film juga menimbulkan nilai reflektansi dari substrat itu sendiri. Dari kedua sampel yang diuji menggunakan substrat kaca yang sama (Tabel 4.2). Dari hasil perhitungan nilai reflektansi substrat kaca untuk setiap variasi sudut datang selalu tetap yaitu 4,26 %. Hal ini menunjukkan bahwa reflektansi dari suatu substrat hanya dipengaruhi oleh indek biasnya tanpa dipengaruhi oleh sudut datang sumber radiasi laser He-Ne. b. Sampel Solar Quard 60% Dari hasil perhitungan dapat diketahui bahwa nilai reflektansi untuk kaca film mobil dengan tipe solar quard 60% dipengaruhi oleh sudut datangnya.

62

Hal ini dapat dilihat dari grafik gambar 4.4 untuk setiap sudut datang memiliki nilai reflektansi R tertentu. Dari kaca film solar quard 60% ini nilai reflektansi R minimum pada sudut datang 30°, artinya bahwa dari variasi sudut datang yang diambil reflektansi kaca film solar quard 60% terkecil pada sudut datang 30°. Namun demikian secara keseluruhan besarnya reflektansi kaca film solar quard 60% selalu lebih besar dari reflektansi substrat kaca yaitu 4,26%. Ini menunjukkan bahwa jika kaca film ini digunakan untuk melapisi suatu substrat kaca, maka kaca film ini akan lebih memantulkan sumber radiasi yang datang. 35

30

Reflektansi ( % )

25

20

15

10

R = 4,26

5 0

10

20

30

40

50

0

sudut datang ( )

Reflektansi kaca film

Reflektansi substrat kaca

Garis penghubung untuk memudahkan pembacaan Gambar 4.4 Grafik reflektansi sebagai fungsi sudut datang pada λ = 633,225 nm (sampel kaca film jenis solar quard 60%) c. Sampel Spectrum 20% Dari grafik gambar 4.5 besarnya reflektansi dari sampel spectrum 20% juga dipengaruhi oleh sudut datangnya. Reflektansi R minimum pada sudut datang θi = 20°. Tidak seperti kaca film solar quard 60%, kaca film spectrum 20%

63

memiliki sudut minimum yang lebih kecil. Perbedaan ini disebabkan oleh indek bias, ketebalan kaca film maupun jenis kaca film itu sendiri. Namun demikian secara keseluruhan reflektansi kaca film spectrum 20% juga lebih tinggi daripada reflektansi substrat kaca. Nilai reflektansi pada kaca film spectrum 20% memiliki harga yang sama dengan reflektansi substrat pada sudut datang 20o. 10

Reflektansi ( % )

9

8

7

6

5

R = 4,26

4 0

10

20

30

40

50

0

sudut datang ( )

Reflektansi kaca film

Reflektansi substrat kaca

Garis penghubung untuk memudahkan pembacaan Gambar 4.5 Grafik reflektansi sebagai fungsi sudut datang pada λ = 634,85 nm (sampel kaca film jenis spectrum 20%) Dari gambar 4.4 dan gambar 4.5 sudut datang untuk harga reflektansi minimum dari kaca film mobil spectrum 20% lebih kecil dari pada jenis solar quard 60%, hal ini karena setiap kaca film mempunyai karakteristik yang berbeda satu sama lain, selain itu perbedaan indek bias dan ketebalan kaca film. Namun demikian, secara keseluruhan sampel solar quard 60% dan spectrum 20% memiliki reflektansi yang lebih tinggi dari pada substrat kaca. Oleh karena itu,

64

jika kedua bahan ini digunakan untuk melapisi suatu kaca dengan indek bias 1,52 maka akan lebih memantulkan sumber cahaya daripada kaca tanpa lapisan. λ0 adalah panjang gelombang dari emisi laser He-Ne.

intensitas refleksi (a.u)

400000

300000

200000

λ1 adalah panjang gelombang yang ditimbulkan karena derajat kemonokromatisansifat laser itu sendiri.

100000

0

550

600

650

700

750

800

850

panjang gelombang (nm)

Gambar 4.6 Dua puncak panjang gelombangdari refleksi laser He-Ne pada kaca film spectrum 20% dengan θi = 45° Dari hasil scanning (gambar 4.6) diperoleh dua puncak panjang gelombang refleksi laser He-Ne. Dua puncak panjang gelombang tersebut dihasilkan dari refleksi laser He-Ne yang dikenakan pada kaca yang dilapisi oleh sampel solar quard 60% dan spectrum 20%. Dua puncak ini juga terlihat ketika substrat tanpa lapisan. Panjang gelombang λ adalah panjang gelombang emisi laser He-Ne yang dihasilkan dari proses scanning. Panjang gelombang inilah yang digunakan dalam perhitungan (dijelaskan pada Lampiran 2). Panjang gelombang λ1 juga merupakan panjang gelombang laser He-Ne sendiri, muncul bukan karena pengaruh bahan/materi tapi panjang gelombang yang timbul karena derajat kemonokromatisan dari laser itu sendiri. Hal ini menunjukkan bahwa sebenarnya laser He-Ne memiliki nilai panjang gelombang yang lain, karena pada dasarnya semua λ muncul karena peristiwa transisi elektron.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1.

Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa :

1. Kondisi optimum dari seperangkat alat monokromator 270M menggunakan parameter set up sebagai berikut : Gate time

= 50 ms

Speed scan

= 5 nm/s

Voltase PMT

= -1500 V

Shutter entrance

= 0,3 mm

Shutter exit

= 0,3 mm

λawal – λakhir

= 500 nm – 756 nm

2. Besarnya pergesaran panjang gelombang adalah 76,8 nm dengan sumber laser He-Ne. 3. Reflektansi minimum ( R = 6,03% ) pada sudut datang 30° untuk kaca film mobil jenis solar quard 60% dan reflektansi minimum ( R = 4,26% )sudut datang 20° untuk kaca film spectrum 20%. 4. Perubahan sudut datang mempengaruhi besarnya reflektansi kaca film mobil. V.2.

Saran Saran yang dapat diajukan berkenaan dengan analisa hasil dan kesimpulan

dalam eksperimen ini adalah : 1. Perlu mengkalibrasi ulang pada saat akan menggunakan monokromator 270M sehingga dapat ditetapkan range dari pergeseran panjang gelombang. 2. Penggunaan Hand Scan dengan metode interfacing lewat Optional SPEX 232 Interface

dengan

program

komputer

51

untuk

mengontrol

jalannya

52

monokromator dan spektrum hasil scanning dapat langsung disimpan dalam bentuk file. 3. Pengambilan data untuk variasi sudut datang hendaknya lebih banyak dengan interval yang lebih kecil.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2006 : web site : www. C5410+photon+counter.ac.id, tangga 4 April 2006. Anonim, 2006 : web site : www.jobinyvon. Manuals/270M.pdf, tanggal 3 Maret 2006. Anonim, 2006 : web site : www.nano.lipi.go.id, tanggal 8 Mei 2006. Anonim, 2006 : web site : www.unej.ac.id/fakultas/mipa/jid/vol6no1/puguh.pdf, tanggal 6 Januari 2006. Beiser, A., 1995, Concepts Of Modern Physics, 3rd Edition, Mc Graw-Hill, Inc,m New York. Cember, H., 1993, Pengantar Fisika Kesehatan, Edisi Kedua, terjemahan: Achmad Toekiman, IKIP Semarang Press, Semarang. Day, R. A. Dan Underwood, A. L., 1980, Analisa Kimia Kuantitatif, Edisi Keempat, terjemahan: R. Soendoro, Erlangga, Jakarta. Halliday dan Resnick., 1990, Fisika Jilid 2, Edisi Keempat, terjemahan: Pantuk Silaban dan Erwin Sucipto, Erlangga, Jakarta. Karyono, 1994, Spektroskopi Atom dan Molekul, Program Pasca Sarjana Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Khopkar, S. M., 1990, Konsep Dasar kimia Analitik, terjemahan: A. Saptorahardjo, UI Press, Jakarta. Max Born & Emil Wolf., 1980, Principles of Optics Electromagnetic Theory Of Propagation Interference And Diffraction Of Light, Sixth edition, Pergamon Press plc, England.

52

53

Pedrotti F. L. S. J. dan Pedrotti, L.S., 1993, Introduction to optics, Second Edition, Prentice-Hall Inc, Englewood Cliffs, NewJersey. Utari, dkk, 2004, Metode Deteksi Nuklir, Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Wisnu Susetyo, 1988, Spektrometri Gamma, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.

54

LAMPIRAN 1 DATA HASIL KALIBRASI 1.1

Spektrum Lampu Cd

λ (nm) 500 504 508 512 516 520 524 528 532 536 540 544 548 552 556

Intensitas (a.U 5398 6285 5678 6926 7170 8187 8604 9720 11809 13974 20736 29120 38454 42097 51184

560 564 568 572 576 580 584 588 592 596 600 604 608 612 616 620 624

63306 76175 82120 64724 47551 39936 34731 34575 35114 37161 36927 40132 41864 38831 36006 34000 34846

628 632 636 640 644 648 652 656 660 664 668 672 676 680 684 688 692

35422 36632 36600 36637 30382 26600 24030 22986 20910 21591 20488 17912 17270 16894 16856 13894 16332

696 700 704 708 712 716 720 724 728 732 736 740 744 748 752 756

15592 15895 15181 15405 14878 14856 14635 13839 13045 13152 12649 12077 12450 11194 11211 10881

Lampu spektral Cd

90000 80000 70000

Intensitas (a.u)

60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 500

1.2

550

Laser He-Ne

λ (nm) 500 504 508 512 516 520 524

I (a.u) 29587 25064 33692 61796 33995 37232 50865

600

650

700

750

800


528 532 536 540 544 548 552 556

66195 85351 114000 160000 176000 318000 469000 500000

560 564 568 572 576 580 584 588

54

279000 217000 184000 151000 112000 143000 111000 47848

592 596 600 604 608 612 616 620

28867 24378 17428 15575 12757 10528 10984 12618

55

11035 10476 7784 9733 6716 6642 7506 6847 9133

660 664 668 672 676 680 684 688 692

6247 8360 8009 7494 6812 5607 5906 6370 5767

696 700 704 708 712 716 720 724 728

3855 3771 3382 3583 3681 3664 3194 3288 3452

732 736 740 744 748 752 756

Spektrum Laser He-Ne 500000

400000

Intensitas (a.u)

624 628 632 636 640 644 648 652 656

300000

200000

100000

0 500

550

600

650

700


750

800

3364 3538 3549 3289 3779 3451 3491

56

HASIL SPEKTRUM LASER He-Ne Sebenarnya DARI SUDUT DATANG 5° – 50° Substrat Glass plate Gate time

= 50 ms

Speed scan

= 5 nm/s

Voltase PMT

= -1500 V

Shutter entrance

= 0,3 mm

Shutter exit

= 0,3 mm

λawal – λakhir

= 500 nm – 756 nm

pergeseran λ

= 76,8 nm

Delay

= 0 CH

L. Style

= LINE

Int

=1

Beep SW

= ON

D. Range

= 1.00 x 101 θi = 5°

300000

250000


1.3

200000

150000

100000

50000

0 550

600

650

700

750

panjang geombang (nm)

800

850

57

o

θi = 10


25000

20000

15000

10000

5000

0 550

600

650

700

750

800

850

800

850


θi = 15°

60000


50000

40000

30000

20000

10000

0 550

600

650

700

750


θi = 20°

700000


600000 500000 400000 300000 200000 100000 0 -100000 550

600

650

700

750


800

850

58

θi = 25° 350000


300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 -50000 550

600

650

700

750

800

850


θi = 30°


1000000

800000

600000

400000

200000

0 550

600

650

700

750

800

850


θi = 35°


200000

150000

100000

50000

0

550

600

650

700

750


800

850

59

o

θi = 40 350000


300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 -50000 550

600

650

700

750

800

850

800

850

800

850


θi = 45° 300000


250000

200000

150000

100000

50000

0 550

600

650

700

750


θi = 50°

600000


500000

400000

300000

200000

100000

0 550

600

650

700

750


60

Sampel Spectrum 20% Gate time

= 50 ms

Speed scan

= 5 nm/s

Voltase PMT

= -1500 V

Shutter entrance

= 0,3 mm

Shutter exit

= 0,3 mm

λawal – λakhir

= 500 nm – 756 nm

pergeseran λ

= 76,8 nm

Delay

= 0 CH

L. Style

= LINE

Int

=1

Beep SW

= ON

D. Range

= 1.00 x 101 θi = 5°

1000000

800000


1.4

600000

400000

200000

0

550

600

650

700

750


800

850

61

θi = 10°

80000 70000


60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 550

600

650

700

750

800

850


θi = 15°


800000

600000

400000

200000

0

550

600

650

700

750

800

850


θi = 20° 12000


10000

8000

6000

4000

2000

0 550

600

650

700

750


800

850

62

θi = 25°

1200000


1000000

800000

600000

400000

200000

0 550

600

650

700

750

800

850

800

850

800

850


θi = 30°

500000


400000

300000

200000

100000

0

550

600

650

700

750


θi = 35°

250000


200000

° 150000

100000

50000

0

550

600

650

700

750


63

θi = 40°


200000

150000

100000

50000

0

550

600

650

700

750

800

850

800

850

800

850


θi = 45°


400000

300000

200000

100000

0

550

600

650

700

750


θi = 50°

160000 140000


120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 -20000 550

600

650

700

750


64

Untuk Sampel Solar Quard 60% Gate time

= 50 ms

Speed scan

= 5 nm/s

Voltase PMT

= -1500 V

Shutter entrance

= 0,3 mm

Shutter exit

= 0,3 mm

λawal – λakhir

= 500 nm – 756 nm

pergeseran λ

= 76,8 nm

Delay

= 0 CH

L. Style

= LINE

Int

=1

Beep SW

= ON

D. Range

= 1.00 x 101 θi = 5°

100000

80000


1.5

60000

40000

20000

0

550

600

650

700

750


800

850

65

θi = 10° 600000


500000

400000

300000

200000

100000

0 550

600

650

700

750

800

850


θi = 15°


1000000

800000

600000

400000

200000

0 550

600

650

700

750

800

850

800

850


θi = 20°


1000000

800000

600000

400000

200000

0

550

600

650

700

750


66

θi = 25°

350000


300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 550

600

650

700

750

800

850

800

850

800

850


θi = 30°

800000 700000


600000 500000 400000 300000 200000 100000 0 -100000 550

600

650

700

750

panjang gelombang (a.u) 1200000


θi = 35° 1000000

800000

600000

400000

200000

0 550

600

650

700

750


67

θi = 40° 800000 700000


600000 500000 400000 300000 200000 100000 0 -100000 550

600

650

700

750

800

850


7000

θi = 45°


6000

5000

4000

3000

2000

1000

0 550

600

650

700

750

800

850

panjang gelombang (nm) 700000

θi = 50°


600000 500000 400000 300000 200000 100000 0 550

600

650

700

750


800

850

Tabel 1. hasil scanning λpergeseran dari sudut datang 50 – 500

68

Substrat kaca (Glass plate) θi ( ° ) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

λ0scanning 558,5 557,75 561,25 557,75 557,75 557,75 557,5 561,25 557,75 558,5

λ0sebenarnya 635,3 634,55 638,05 634,55 634,55 634,55 634,3 638,05 634,55 635,3

λ1scanning 503,25 505,5 505,25 505,25 503,5 503,5 505 507 503,5 504,5

λ1 sebenarnya 580,05 582,3 582,05 582,05 580,3 580,3 581,8 583,8 580,3 581,3

Lapisan kaca film spectrum 20% θi ( ° ) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

λ0scanning 559,5 557,75 558,5 558 555,5 555,5 560 557,75 558,5 559,5

λ0sebenarnya 636,3 634,55 635,3 634,8 632,3 632,3 636,8 634,55 635,3 636,3

λ1scanning 507 503,5 503 504 503 501,5 505 503,5 504,5 505,75

λ1 sebenarnya 583,8 580,3 579,8 580,8 579,8 578,3 581,8 580,3 581,3 582,55

Tabel 2. hasil scanning λpergeseran dari sudut datang 50 – 500 Lapisan kaca film solar quard 60% θi ( ° ) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

λ0scanning 556 556 557,75 555,25 552,5 558,5 554,25 559,5 555 559,5

λ0sebenarnya 632,8 632,8 634,55 632,05 629,3 635,3 631,05 636,3 631,8 636,3

λ1scanning 502 502 505,25 503,25 501,75 504,5 501,75 505,25 502,5 507

λ1sebenarnya 578,8 578,8 582,05 580,05 578,55 581,3 578,55 582,05 579,3 583,8

69

LAMPIRAN 2 ¯ Perhitungan dan Grafik Hasil Perhitungan nilai reflektansi dengan menggunakan hubungan dari persamaan (2.50), persamaan (2.31) dan persamaan (2.13). Misalnya dari tabel hasil scanning λpergeseran untuk lapisan kaca spectrum 20% :

λ0pergeseran

=

636,3 + 634,55 + 635,5 + 634,8 + 632,3 + 632.3 + 636,8 + 634,55 + 635,5 + 636,3 5 = 634,85 nm Jika indeks bias kaca film n1 = 1,76 dan ketebalannya t = 0,047 mm, maka dengan memasukkan ke dalam rumusan (2.50) diperoleh hasil sebagai berikut : 0

θi ( )

sinθi

sinθt

θt

cosθt

5

λ0 sebenarnya 636,3

0,08715

0,051

0,0513

0,99869

9,71802

10

634,55

0,17364

0,099

0,0994

0,99507

8,86265

15

635,3

0,2588

0,148

0,1484

0,989

5,57407

20

634,8

0,342

0,195

0,1967

0,98072

4,26368

25

632,3

0,42259

0,241

0,2439

0,97041

30

632,3

0,49997

0,286

0,2897

0,95832

35

636,8

0,57354

0,328

0,3339

0,94477

40

634,55

0,64275

0,367

0,3761

0,93011

45

635,3

0,70707

0,404

0,4159

0,91474

50

636,3

0,766

0,438

0,4531

0,89911

9,41965 6,62434 9,39011 5,2162 4,92015 5,68032

R (%)

2 2 2 2 2 2 Dengan : R = n1 (n0 - ns ) cos δ + (n0 ns - n1 ) sin δ ...............................(2.50) n12(n0 + ns )2 cos 2δ + (n0 ns + n12 )2 sin2δ

æ ö δ = k0Δ = çç 2π ÷÷ n1 tcosθt1 ........................................................(2.31) λ è 0 ø

n0 sinθi = n1 sinθt .....................................................................(2.13) dari persamaan (2.13) diperoleh ;

70

æ

ö

θt = arcsin çç n0 sinθi ÷÷ , dimana θt = θt1 è n1 ø sehingga persamaan (2.31) dapat dituliskan menjadi : æ ö æ ö δ = k0Δ = çç 2π ÷÷ n1 tcos( arcsin çç n0 sinθi ÷÷ ) ................................................(1) n è λ0 ø 1 è ø

jadi persamaan (2.50) menjadi : æ

R =

æ æ ö ö ö÷ æ n sinθ ö ö ö÷ ç ÷÷ ç 0 i ÷÷ 2 2 2 ç 2π n tcos ç arcsinç ÷ ÷ ÷ + (n0 ns - n f ) sin ç ÷÷÷ 1 ÷÷÷ ç n ÷÷÷ çλ ç øøø 0 è 1 øøø è è æ æ æ æ n sinθ ö ö ö÷ æ n sinθ ö ö ö÷ ç ç ç 0 ç 0 i ÷÷ i ÷÷ 2 2 ç 2π n tcosç arcsinç + (n n + n )sin n tcos arcsin ÷ ç ÷ ç 0 s 1 ÷ ç ÷÷÷ 1 1 ç n ÷÷÷ ç n ÷÷÷ çλ ç ç è 1 øøø è 1 øøø è è è 0 æ

æ n sinθ ç ç 0 i 2 2 2 ç 2π n1 (n0 - n s ) cos ç n tcosç arcsinç 1 ç n çλ ç è 1 è è 0 2 n (n0 1

æ 2 2ç + n s ) cos ç ç è

2π λ

0

........(2)

Reflektansi substrat kaca diperoleh dengan menurunkan persamaan (2.50) untuk n1 = n0 dimana t =

l0 4n1

yang mengakibatkan persamaan (2.31) menjadi δ = 2pn0 t l0

=

p cos qt1 . 2

Jika cos θt1 = cos θt, maka menurut persamaan (2.13) besarnya θt = θi. Sehingga pada kasus ini persamaan (2.50) dapat dituliskan menjadi : æp

R=

n02(n0 - ns )2 cos 2 çç n (n0 + ns 2 0

cos q

ö ÷ + (n0 ns

t ÷ø

è2 æ p )2 cos 2 çç cos q t è2

æp

- n02 )2 sin2 çç

ö ÷ + (n0 ns + n02 ÷ ø

è2 æp )2 sin2 çç è2

cos q

ö ÷

t ÷ø

cos q

t

ö ÷ ÷ ø

................(3)

71

Tabel 3. reflektansi untuk setiap variasi sudut datang Substrat kaca (Glass plate) 0

θi ( ) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

R (%) 4,26 4,26 4,26 4,26 4,26 4,26 4,26 4,26 4,26 4,26

Lapisan kaca film spectrum 20% 0

θi ( )

R(%) 5

9,72

10

8,86

15

5,57

20

4,26

25 9,4 30 6,6 35 9,4 40 5,2 45 4,9 50 5,7 Lapisan kaca film solar quard 60% 0

θi ( ) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

R (%) 29,34 26,03 31,46 20,01 27,05 6,03 12,18 7,414 10,44 30,58

72

Tabel 4. λ puncak sebenarnya dan intensitas refleksi laser He-Ne untuk setiap variasi sudut datang Sampel spectrum 20%

0

λ0sebenarnya (nm)

θi ( )

λ1sebenarnya (nm)

Ir0

Ir1

5

636,3

583,8

80000

886000

10

634,55

580,3

69559

56270

15

635,3

579,8

778000

726000

20

634,8

580,8

11651

10355

25

632,3

579,8

1140000

967000

30

632,3

578,3

451000

359000

35

636,8

581,8

220000

123000

40

634,55

580,3

204000

160000

45

635,3

5813

411000

106000

50

636,3

582,55

140000

84329

Sampel solar quard 60% 0

θi ( ) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Λ0sebenarnya(nm) 632,8 632,8 634,55 632,05 629,3 635,3 631,05 636,3 631,8 636,3

λ1sebenarnya (nm) 578,8 578,8 582,05 580,05 578,55 581,3 578,55 582,05 579,3 583,8

Ir0 85325 562000 981000 846000 187000 732000 1040000 763000 6522 624000

Ir1 31236 545000 978000 313000 311000 410000 300000 343000 5203 368000

73

LAMPIRAN 3 Spesifikasi Monokromator 270M

Panjang fokus

: 0,27

Rasio celah masuk

: f/4

Perbesaran bayangan pada keluaran

: 1,23

Range scanning dengan kisi 1200 g/mm

: 0 – 1100 nm

Range multichannel dengan kisi 1200 g/mm : 77 nm, lebar array diatas 25 nm Daerah medan datar dalam bidang fokus

: lebar 25 nm x tinggi 12 nm

Dispersi spektral dengan kisi 1200 g/mm

: 3,1 nm / mm

Resolusi spektral sebagai monokromator scanning dengan kisi 1200 g/mm

: 0,1 nm pada 546 nm

Kualitas bayangan vertikal

: resolve 25 fiber, masing-masing 200 mm dalam 0,5¢¢

Ketelitian posisi panjang gelombang

: +/- 0,5 nm

Repeatabilitas panjang gelombang

: +/- 0,05 nm

Scan max/slew rate

: 70 nm/s

Ukuran step jalan panjang gelombang Untuk kisi 1200 g/mm

: 0,03125 nm/step

Ukuran step jalannya lebar slit

: 6,25 mm/step nominal

Panjang keseluruhan

: 16,25 inchi (41,3 cm)

Lebar keseluruhan

: 15,5 inchi (39,4)

Tinggi keseluruhan

: 7,5 inchi (19,0 cm)

Berat keseluruhan

: 34 pound (15,5 kg)

74

Parameter Set Up Monokromator 270M

Model

: 270M

Base grating

: 1200

Steps / base unit

: 32 / nm

Batas minimum

:0

Batas maximum

: 1100

Frekuensi minimum

: 2560 Hz

Frekuensi maximum

: 2560 Hz

Ramp Time

: 1000 ms

Backlash Steps

: 3200

Panjang fokus spektrograf masuk/keluar

: 227,3 / 267,84 nm

Included Angle

: 18¢¢

Incline

: 11¢¢

Trig Cal 1

:0

Trig Cal 2

: -1

75

HAND SCAN / KEYLINK KEYPAD ¯ Tombol yang bekerja langsung Tombol

Kegunaan

[RUN]

Mulai scanning, sistem akan bergerak ke posisi awal kemudian melakukan trigger jika diperlukan. Pertama kali scan dijalankan hanya tombol [PAUSE] dan [HALT] yang dapat merespon.

[HALT]

Menghentikan semua gerakan untuk kemudian dijalankan kembali atau istirahat (pause).

[PAUSE]

Menghentikan sementara.

[CONT]

Melanjutkan setelah [PAUSE]

[STAT]

Menunjukkan versi firmware untuk program di dalam pengontrol

atau

interface

yang

merupakan

tempat

penghubung sambungan. [SHTR]

Memberikan status posisi shutter pada tekanan pertama dan merubah gerakan pada tekanan-tekanan berikutnya.

[CAL]

Mengkalibrasi nilai pada saat itu.

[TRIG]

Mulai scan yang mengikuti set up yang ditunjukkan setelah menekan [RUN]. Mode trigger harus diprogram dari SCAN MENU / MONO A SCAN atau MONO B SCAN untuk dapat aktif.

[<] atau [>]

Menggerakkan dengan kenaikan kecil, tanpa koreksi balik.

[<<] atau [>>]

Menggerakkan dengan kenaikan 10, tanpa koreksi balik.

¯ Tombol Go to [GO TO]

Menampilkan posisi atau nilai dari drive/peralatan yang baru dipilih. Bagian kanan atas menampilkan subsistem monokromator. Untuk memilih slit atau alat yang lain dalam monokromator, tekan tombol [ Ù ] atau [ Ú ]. Alat yan dipilih akan ditampilkan di bagian kiri atas, dan posisinya tertera di bawahnya. Untuk merubah alat-alat seperti

76

shutter, turret dan cermin sisi, gunakan [NEXT] dan [BACK] kemudian [ENTER].

¯ tombol Akses menu [SCAN MENU]

Menyediakan akses scan menu untuk dipilih dan mengeksekusi secara otomatis dengan tombol [RUN].

[FUNC MENU

Menyediakan akses untuk merubah konfiguasi dan kegunaan.

[NEXT] & [BACK]

Untuk menggerakkan secara horisontal melalui submenu pada SCAN dan FUNCTion Menu.

[Ù ] & [Ú ]

Untuk

menggerakkan

secara

vertikal

dalam

submenu tanpa memvalidasi perubahan. [ENTER]

Untuk memvalidasi pilihan atau memasukkan data dan berguna juga untuk menunjukkan medan dalam submenu.

[A], [B], [C]

Untuk memilih mono A, mono B atau submenu sistem pengontrol photometer, kemudian gunakan [GO TO]. Dapat juga digunakan untuk memilih submenu CONFIG DEV atau DEVICE LIST.

¯ tombol untuk mengedit [1], [2],… etc untuk memasukkan nilai [BACKSPACE]

Menghapus tampilan terakhir.

[CLEAR]

Menghapus semua masukkan yang ditampilkan.

[.]

Menyisipkan titik desimal dalam sejumlah angka.

[+/-]

Untuk memasukkan angka negatif dengan menekan. tombol ini sebelum memasukkan nilai numerik.

77

Triyono M BAB I PENDAHULUAN. elektromagnetis. Dengan demikian metode spektroskopi dapat digunakan untuk

Recommend Documents